Wpływ składu chemicznego żeliwa na żywotność wlewnic

Nr 52

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ

Mechanika z, 10 ₁₉₆₂

WACŁAW SAKWA

WŁYJ7 SKŁADU CHEMICZNEGO ŻELIWA NA ŻYWOTNOŚĆ WLEWNIC

Streszczenie; 7/ artykule omówiono współzależność trwałości wlewnic od wartości współczynnika nasycenia fc; )

Stwierdzono, że oprócz składu chemicznego na trwałość v c wlewnic najistotniejszy wp3yw mają warunki eksploata­

cji.

1. W S T ę P

Żywotność żeliwnych wlewnic stalowniczych zależy od bar­

dzo wielu czynników, które można usystematyzować w sposób następujący:

- konstrukcja i wielkość wlewnic,

- skład chemiczny żeliwa wlewnicowego, - struktura żeliwa,

- warunki wytwarzania wlewnic, - warunki eksploatacji wlewnic.

Ustalenie, który z tych czynników jest najważniejszym, jest bardzo trudne. Każdy z nich ma swoje optimum, uzasadnio­

ne w głównej mierze względami ekonomicznymi, które należy rozpatrywać nie z punktu widzenia jednego wydziału odlewni, stalowni czy też walcowni, lecz całej huty. Przykładem ko­

nieczności takiej współpracy może być przede wszystkim kon­

strukcja wlewnic. Podobnie rzecz się ma również i z eksploa­

tacją. M jednym i drugim wypadku współpraca poszczególnych wydziałów huty w praktyce pozostawia jednak jeszcze dużo do

życzenia.

Zagadnieniami, którymi już z natury rzeczy musi się zaj­

mować prawie wyłącznie odlewnik są;

- proces technologiczny wytwarzania wlewnic, - dobór składu chemicznego i struktury żeliwa.

4 '.7 „Sakwa.

Proces technologiczny wytwarzania wlewnic w naszych odlewniach praktycznie od szeregu lat nie uległ zmianie (pomijam fakt zastosowania żeliwa sferoidalnego). Zmiana technologii for­

mowania tych odlewów właściwie sprowadza się do odpowiednie- go zmechanizowania procesu, a to jest już odrębnym zagadnie­

niem. Mechanizacja formowania poza tym nie wpływa na jakość wlewnic. Odlewnik-technolog koncentruje swoje wysiłki w głównej mierze na prawidłowym doborze składu chemicznego że­

liwa oraz jego struktury.

2. DOBÓR SKŁADU CHEMICZNEGO

Pomimo bardzo dużej ilości badań i publikacji na temat prawidłowego doboru składu chemicznego żeliwa na wlewnice istnieją stale na ten temat rozbieżności« Wynika to z kilku przyczyn, z których najważniejszymi są dwie;

1. Znaczna część publikacji, traktujących o doborze skła­

du chemicznego żeliwa na wlewnice nic nie mówi o wiel­

kości wlewnic, ich konstrukcji a przede wszystkim o ich grubości ścianek, co właściwie decyduje o struktu­

rze żeliwa, a więc jego zachowaniu się w pracy, i wła­

śnie prowadzi często do szeregu nieporozumień.

2. Skład chemiczny żeliwa musi być rozpatrywany łącznie.

Przy takim ujęciu można bowiem mówić dla danej gru­

bości ścianki wlewnicy, przy ustalonych warunkach od­

lewania, o strukturze osnowy metalowej, ilości i po­

staci węgla wolnego, własnościach mechanicznych,

a więc również w pewnym sensie i o zachowaniu się wlew­

nic podczas ich pracy.

Działanie poszczególnych pierwiastków chemicznych, wcho­

dzących w skład żeliwa, jest ogólnie biorąc znane. Każdy z nich wykazuje swoje optimum, które zależy jednak od pozosta­

łych składników stopu. Rozpatrywanie więc każdego pierwiastka z osobna może dać tylko pewną orientację, nie zawsze nawet słuszną.

Ilustracją dużych rozbieżności w składzie chemicznym żeliwa wlewnicowego może być tablica 1, w której nie uwzględniono

jeszcze składu chemicznego żeliwa sferoidalnego, ostatnio stosowanego również do produkcji wlewnic.

Y/pływ składu chemicznego żeliwa,..

Tablica 1 Składy chemiczne żeliwa wlewnicowego

Kraj lub zakład

Skład chemiczny w 7j

C Si lin P 3

Francja [1]

wlewn.

bramowe

3,55 3,65

1,83 1,87

0,51 0,55

0,16 0,12

0,08 0,07 Anglia [ 2]

. f-Flaundry Plant-Glas- gow wlewn.

3 t

3,7-3,9 1,2-1,6 0,6-0,8 0,04 0,05

Włochy [7]

wlewn. 3,2-3,8 1,5-3,5 0,5-0,7 0,10 0,07 ZSRR

wlewn. 3,2-3,8 1,4-1,7 0,5-1,6 0,10 0,08 Niemcy [5] 3,3-3,7 1,4-2,0 0,6-0,9 0,25 0,12 Slcład chemiczny żeliwa można określić przy pomocy współ­

czynnika nasycenia, który wyraża nam jedną tylko liczbą za­

wartość kilku (zasadniczych) składników stopowych, a właści­

wie podaje położenie stopu względem punktu eutektycznego. Na­

leży jednak pamiętać, że współczynnik ten wprowadzony do li­

teratury przez H.lapianche a został opracowany również przy założeniu pewnych uproszczeń.

Wartość tego współczynnika, w uzupełnionej jego formie [10]

po uwzględnieniu poprawek Tobiasa i Brinkmana oraz Patterso- na [11] określa wzór:

C

ę* C _ _

°c “ 4,26 - 0,31 Si - 0,33 P - 0,4 S + 0,027 Lin

Wprawdzie współczynnik nasycenia nie jest idealnym określe­

niem składu chemicznego żeliwa, ale jest to według mego zda­

nia jeszcze najlepsza metoda, w której funkcję wielu zmien­

nych można w stosunkowo prosty sposób wyrazić dla omawiane­

go przypadku jedną zmienną.

Stosowany w, Anglii "ekwiwalent węglowy" (ew, równoważnik węglowy CE) określamy wzorem:

CE = C - 0,31 Si + 0,33 P - 0,027 Mn + 0,04 c

6 W. Sakwa

nie przyjął się w literaturze technicznej pomimo nawet prost­

szego sformułowania matematycznego tej funkcji. Wyniki uzyski­

wane przy zastosowaniu ’’ekwiwalentu węglowego” są jednak mniej dokładnej z tego względu w niniejszym opracowaniu bę­

dziemy posługiwać się tylko ’’współczynnikiem nasycenia”.

3. WYNIKI BAD Alf

Podano obserwacji wlewnice, których zużycie jest stosun­

kowo duże. Są to wlewnice oznaczone na hucie? ”365” i "III”

(rys.1 i 2)r Z pierwszych otrzymuje się wlewki o karbowanej powierzchniXzdeformowany kwadrat) przeznaczone do produkcji rur, w drugich natomiast otrzymuje się po cztery wlewki o przekroju kwadratowym na raz. jyiewnice ”365" ważą 1900 kG, natomiast "III” - .1700 kG. Wlewki na rury ważą średnio po około 1030 kG, natomiast wlewki kwadratowe po 216 kG każdy.

Zużycie wlewnic zależnie od rodzaju eksploatacji (dwie sta­

lownie) wynosi średnio dlas •

wlewków ”365” 18,0 i 25,0 kG/t

” "III” około 30 kG/t

Y/lewnice na starej stalowni ustawione były do zalewania w do­

łach, natomiast na nowej stalowni na poziomie podłogi hali lejniczej. Schematy ich ustawienia podano na rysunku 3.

Wiadomo z praktyki, że na ogół zużycie wlewnic na 1 tonę stali jest tym większe im mniejsze (lżejsze) są wlewki. Tym tłumaczy się stosunkowo bardzo wysoki wskaźnik zużycia oma­

wianych wlewnic. Załączone poniżej wykresy opracowane zosta­

ły na podstawie obserwacji pracy około 900 wlewnic, Obserwa­

cje przeprowadzona na obu śtalowniach.

Analiza warunków eksploatacji wlewnic na obu stalowniach wyjaśnia różnice w ich zużyciu. Dlatego sporządzono odrębne krzywe dla obu stalowni*

Opracowane wykresy obrazują?

- wpływ zawartości manganu w żeliwie na trwałość wlewnic typu ”365" (rys.4),

- wpływ zawartości fosforu w żeliwie na trwałość wlewnic typu ”365” (rys.5),

- zależność trwałości wlewnic typu ”365" od sumy C+Si (rys.6),

- zależność trwałości wlewnic typu ”365" od stosunku zawartości krzemu do zawartości manganu (rys.7),

- związek pomiędzy trwałością wlewnic typu ”365" a współ­

czynnikiem nasycenia S (rys.8).

c

Wpływ składu chemicznego żeliwa,. 7

(cg

¿■f

S—

t

Y/lewnicatypu”365” Rys.2.Wlewnicatypu"III”

8 W, Sakwa a

o

O

b.

Q!0

> /---- \ /---- \ r

o o

y __1^/

"N

y

y

/T" N /- \

Rys.3. Schematy ustawienia wlewnic do zalecania:

a - stalownia nowa (na poziomie hali), b - stalownia stara (w dole)

Wpływ składu chemicznego żeliwa... 9

Rys.4.Zależnośćtrwałościwlewnicrurowychtypu”375"odzawartościmanganu

12 W. Sakwa

(JOjO Z -X0/ £

Rys.5.Zależnośćtrwałościwlewnicrurowychtypu”365"odzawartościfosforu

Wpływ składu chemicznego żeliwa..« 11

U O fO Z OSO/C

12 W. Sakwa

Rys.7.Zależnośćtrwałościwlewnicrurowychtypu"365” odstosunku

Wpływ składu chemicznego żeliwa.. 13

o

U O fO Z OSO/C

14 Y/oSakmsa

Jak wynika z tych wykresów trudno jest mówić o jakiejś wyraźnej współzależności pomiędzy trwałością wlewnic, a za­

wartością poszczególnych pierwiastków w żeliwie«, Natomiast występuje wyraźna współzależność pomiędzy trwałością wlew­

nic, a wartością współczynnika nasycenia«, Ogólnie można po­

wiedzieć, że w zakresie przeprowadzonych badań wlewnic typu

"365" (Sc = 0^,95⁼1^,1 4) zalewanych na obu stalowniach wzrost wartości Sc powoduje obniżenie trwałości wlewnic«,

Podobne zależności zaobserwowano na wlewnicach typu ”111"

(rys»9)«

4 o 17NI0SKI

Na podstawie przeprowadzonych badań nad wpływem składu chemicznego żeliwa na trwałość wlewnic można stwierdzić, żes

1 o Przy zmieniających się wartościach wszystkich składni“

ków stopowych w żeliwie w zakresie przeprowadzonych ba- dań nie można określić jakiegoś wyraźnego wpływu któ­

regokolwiek z pierwiastków na żywotność wlewnic» Je­

żeli wziąć pod uwagę wytopy, w których składy chemiczne są w przybliżeniu stałe, a zmienia się tylko zawartość jednego z pierwiastków (badanego), wówczas można stwier­

dzić, że wzrost zawartości manganu, a obniżenie zawar­

tości krzemu powodują podwyższenie trwałości wlewnic»

2. Trwałość wlewnic zależy wyraźnie od wartości współczyn­

nika nasycenia S g im wyższy jest S (w zakresie Sc = 0,95-1,14) w żeliwie szarym, tym krótszy jest cza­

sokres pracy wlewnicy»

3«, Wpływ składu chemicznego żeliwa (poszczególnych pier­

wiastków) na trwałość wlewnic, w zakresie normalnie stosowanych zestawów jest stosunkowo niewielki (patrz

r y S j . 4 - 7 ).

4. Na trwłość wlewnic bardzo wyraźnie wpływa sposób ich eksploatacji^ już sama tylko zmiana sposobu ustawienia wlewnic do zalewania (w dole, czy na powierzchni od­

lewni), dzięki której uzyskuje się szybsze odprowadze­

nie cie,pła do atmosfery daje, jak to wynika z porówna­

nia pracy wlewnic na obu stalowniach, wzrost trwałości wlewnic o (rys»9)o

Podczas przeprowadzonych badań poczyniono szereg innych spostrzeżeń, których szczegółowy opis przekracza jednak ramy

Wpływ składu chemicznego żeliwa... 15

ao /o z osof[

16 Y/. Sak1.ta

jednego artykułu«, Obserwacje te dotyczą wpływu struktury osno­

wy metalicznej, postaci i ilości węgla wolnego, ilości zanie­

czyszczeń, gładkości powierzchni itp. na trwałość wlewnic.

Na podstawie przeprowadzonych badań można stwierdzić, że przedłużenie czasu pracy wlewnic w obecnej sytuacji w dużo większym stopniu zależy od stalowni (warunków eksploatacji), niż od odlewni produkującej te wlewnice.

LITERATURA

[1] P.Januszewicz - Produkcja, eksploatacja i konstrukcja wlewnic wg doświadczeń przemysłu francuskiego (Konferen­

cja Nauk.-Techn. Huty "Zabrze" 1959 r.

[2] Y/.Kalinowski - Produkcja wlewnic w Angli - Konferencja

Nauk.-Techn. Huty "Zabrze" 1959 r.

[3] Praca zbiorowa - Produkcja i użytkowanie wlewnic PWT Katowice 1953 r.

[4] K.Mazanek - Próba ustalenia wpływu struktury wlewnic bra­

mowych na ich jakość. Prace huty im. Lenina nr 7.

[5] J.Tybulczyk - Praca dyplomowa pt.j "Optymalne warunki pracy wlewnic", wykonane pod kier. autora artykułu w Po­

litechnice Częstochowskiej 1960 r.

[6] Radźwicki - Produkcja i użytkowanie wlewnic stalowniczych Hutnik 1958/4-5.

[7] S.Augustyniak - YYpływ składu chemicznego i struktury na trwałość wlewnic. Konferencja Nauk.-Techn. Huty "Zabrze"

1959 r.

[s] Splewiński - Trwałość wlewnic, ich wytwarzanie i użytko­

wanie, Wiadomości Hutnicze 1957/7-8.

r9 ] D.Masperi - Erfahrungen beim Bau. Betrieb des basischen Kupoloffens in Italien. XXIII-CIFA Düsseldorf 1956 r.

[10] W.Sakwsa - Obliczenie metalurgiczne w produkcji żeliwa.

Politechnika Częstochowska 1957 r.

[

11

T/pływ składu chemicznego żeliwa... 'i 7

B J I M H H M E X M M M H E C K O r O C O C T A B A H Y r y H A H A n P O Æ O J D K M T E J I B H O C T B P A B O T B I M 3 J I 0 5 K H M D ;

C o f l e p x a H w e

B cTaTbe paccMOTpeHa B3aHMH03aBHCiiM0CTb npo/tojuKMTejib-

H O C T M p a Ô O T b l M 3 J I O H C H H U , O T B e J I M H M H b l K O a c ÿ x ^ J M I I . M G H T a H a C b i m e - H M H Sic.

YCTaHOBMJIM, HTO KpOMe XMMMHeCKOrO COCTaBa Ha npOAOJHKM- xejibHOCTb paÔOTbl m 3 jiojkhhu ; ocHOBHoe bjimhhmg OKa3bmaiOT ycjio- BHH 3KCnJIOaTaU,HM.

T H E I N F L U E N C E O F C H E M I C A L C E S T I R O N C O M P O S I T I O N O N T H E V I T A L I T Y O F I N G O T M O U L D S

S u m m a r y

I n t h e p r e s e n t a r t i c l e t h e in t e r d e p e n d e n c e o f in g o t m o u ld s d u r a b i l i t y i n r e l a t i o n t o t h e v a lu e o f s a t u r a t io n c o e f f i c i e n t (S,.) w a s d is c u s s e d .

I t w a s s t a t e d t h a t b e s id e s c h e m i c a l c o m p o s it io n t h e m o s t e s s e n t ia l i n f l u e n c e o n t h e in g o t m o u ld s d u r a b i l i t y h a v e t h e c o n d it io n s o f e x p l o it a ­ t io n .